基于喷射引燃(IJI)技术的氨氢复合燃料发动机燃烧机理与性能优化研究

【编辑推荐】为解决氨燃料点火困难、氢燃料存储安全及NOx排放问题，重庆团队创新提出喷射引燃(IJI)技术，通过定义HIe/CIe/TIe/ATIe四种点火模式，实现氢射流定向引燃氨燃料。研究发现HIe模式火焰传播最快，热效率达37.2%，为氨氢发动机高效清洁燃烧提供新范式。

　　

在全球交通领域碳减排压力下，氢能与氨能作为零碳燃料备受关注。然而氢燃料存在高压存储风险、闪回倾向和爆震问题，氨燃料则因高自燃温度、低火焰速度成为"难燃"燃料。当前主流的预燃室湍流射流点火(TJI)技术虽能稳定引燃氨燃料，却面临预燃室扫气困难、热损失大等瓶颈。如何突破氢-氨燃料协同应用的"安全-效率-排放"三重矛盾，成为内燃机领域亟待解决的难题。

重庆理工大学团队在《Fuel》发表研究，创新性提出基于喷射引燃(IJI)技术的氨氢复合燃烧方案。该研究采用三维计算流体力学(CFD)耦合详细化学反应动力学模型，系统分析了四种氢喷射时序对应的点火模式：头部点火(HI_e)、中心点火(CI_e)、尾部点火(TI_e)和尾后点火(ATI_e)。关键技术包括：基于羽流点火概念(PCC)的多点引燃策略、湍流动能场实时监测、以及过量空气系数(λ)精确调控体系。

喷射与燃烧分析
通过λ=1.0工况的模拟显示：ATI_e模式下火焰核呈缓慢球面发展，类似预混燃烧；而HI_e/CI_e/TI_e模式因持续射流湍流作用，火焰沿氢射流方向快速传播。其中HI_e模式火焰发展速度较ATI_e提升47%，未燃氨含量降低62%。

结论
研究证实：HI_e模式在λ=1.1时实现峰值指示热效率37.2%，同时NO_x排放较传统TJI系统降低约30%。该成果突破了氨氢燃料协同应用的技术壁垒，为开发新一代低碳内燃机提供了重要理论支撑。

讨论
相比传统TJI技术，IJI方案通过取消预燃室结构，有效解决了热损失与通道淬火效应。值得注意的是，氢射流时序的精确控制是实现高效燃烧的关键——过早喷射(ATI_e)会导致燃烧迟滞，而过晚喷射(HI_e)则可能引发局部高温。研究团队Fanjun Guo和Jin Yu等强调，未来需重点优化氢喷射参数与燃烧室结构的匹配关系，以进一步提升稀薄燃烧性能。这项研究不仅为氨氢发动机设计提供了新思路，也为其他难燃燃料的清洁利用开辟了技术路径。